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知識大圖解:圖解攝錄影機的運作原理

2014/10/23 | | 標籤:
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數位攝影機如何捕捉、記錄高解析度影片呢?

現代數位攝影機的運作原理基本上與1980年代的大型VCR類比攝影機相同,兩者都包含了鏡頭、成像器和儲存媒體,但最大的不同是如今的攝影機將類比資料轉成了數位格式,而攝影技術整體也縮小成更實用、適合手持的大小。

攝錄影機透過鏡頭將現場光線的樣式聚焦在成像器上,成像器通常為CMOS感光元件或CCD(電荷耦合元件)。CCD是一種小半導體,可容納大約50萬感光單元(對光敏感的迷你二極體,可以測量光子數量,並且將光子轉換為電荷)。播放影片時,電荷強度會幫助攝錄影機判斷該點的光線強度。顏色則藉由測量綠色、紅色和藍色的程度決定,因為所有顏色都可由混合這三原色重現。

為了捕捉動態影像,CCD會將影片中的每格畫面傳送到主成像器後方,轉像系統中的外加感光器。這第二個感光器會將每個感光單位的電荷傳送到類比/數位轉換器,而第一層感光器則會自行清空,準備捕捉下一個影像。

最新的頂級攝錄影機雖然體型小,容納的技術卻多得驚人。舉例來說,日立的超高清攝錄影機(Super Hi-Vision)每秒可以拍下120張3300萬像素的影像,精細程度相當於IMAX電影。

什麼是感光元件

互補式金氧半導體(CMOS)感光元件是一種影像感應器,已取代多數行動電話、網路攝影機和數位單眼相機中的CCD。CMOS感光元件利用像素上的微小電晶體來個別捕捉每個點。電晶體會吸收並放大捕捉光點轉換而來的電荷,接著再透過電線傳送。

CMOS感光元件將影像處理和捕捉的功能整合在同樣的裝置上,耗電通常小於CCD,遲滯現象較少,也比較不涉及昂貴的製程。CMOS感光元件也因此常見於手機相機裡,因為手機正需要更便宜、省電的元件。CMOS感光元件因其線路很容易產生影像雜訊,畫質通常遜於CCD,因此後者常用於較高端的影像技術。

類比 VS 數位

數位與類比攝錄影機之間的最大差異在於資料的記錄方式。類比攝錄影機通常利用VHS磁帶記錄磁圖案,但有兩個最大的問題:需要大量的實體空間來存放卡帶,也需要硬碟上的虛擬空間;此外,類比資料每複製一次,就會「褪色」一些。相反地,資料數位化可以壓縮影像,在記憶卡或固態硬碟中所佔的虛擬空間少了許多。資料也可以原封不動地複製,不會像類比資料一樣隨時間褪逝。

本文選自《HOW IT WORKS知識大圖解 中文版》第01期(2014年10月號)

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知識大圖解

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